Ray Tracing Simulation von Grund auf implementieren
Erlernen Sie die Physik von Lichttransport und implementieren Sie eine vollständige Ray Tracing Simulation von Grund auf. Das Transkript erwähnt einen kostenlosen Masterkurs der Technischen Universität Wien, der die theoretischen Grundlagen und praktische Umsetzung abdeckt.
Originalvideo ansehen: The Algorithm That Made Me CryGrundlagen der Lichttransport-Physik erlernen
Verstehen Sie, wie Lichtstrahlen in einer Szene reflektieren, brechen und absorbiert werden
Eine Szene mit primitiven Objekten (Sphären, Ebenen) definieren
Erstellen Sie Datenstrukturen für 3D-Objekte und deren Materialien
class Sphere:
def __init__(self, center, radius, material):
self.center = center
self.radius = radius
self.material = materialRay-Casting implementieren (einen Strahl pro Pixel)
Generieren Sie Strahlen von der Kamera durch jeden Pixel der Bildebene
def generate_ray(camera, pixel_x, pixel_y, width, height):
# Normalisierte Pixelkoordinaten
u = pixel_x / width
v = pixel_y / height
direction = camera.direction + u * camera.right + v * camera.up
return Ray(camera.position, normalize(direction))Strahlverfolgung und Kollisionserkennung implementieren
Testen Sie jeden Strahl auf Schnittpunkte mit Objekten in der Szene
def intersect_ray_scene(ray, objects):
closest_hit = None
min_distance = float('inf')
for obj in objects:
hit = obj.intersect(ray)
if hit and hit.distance < min_distance:
min_distance = hit.distance
closest_hit = hit
return closest_hitMehrere Samples pro Pixel implementieren
Generieren Sie mehrere Strahlen pro Pixel und mitteln Sie die Ergebnisse für weniger Rauschen
samples_per_pixel = 100
for pixel in image:
color = Color(0, 0, 0)
for sample in range(samples_per_pixel):
ray = generate_random_ray_in_pixel(pixel)
color += trace_ray(ray)
pixel.color = color / samples_per_pixelRekursive Reflexion und Refraktion implementieren
Verfolgen Sie Lichtstrahlen rekursiv durch reflektierende und transparente Objekte
def trace_ray(ray, depth=0):
if depth > max_depth:
return Color(0, 0, 0)
hit = intersect_ray_scene(ray, objects)
if not hit:
return background_color
# Berechnen Sie reflektierte und gebrochene Strahlen
reflected = trace_ray(reflect(ray, hit.normal), depth+1)
refracted = trace_ray(refract(ray, hit.normal), depth+1)
return blend(hit.material, reflected, refracted)Mit Millionen von Samples rendern und Geduld haben
Starten Sie das finale Rendering mit hoher Sample-Anzahl (Millionen)
samples_per_pixel = 10000
start_time = time.time()
for y in range(height):
for x in range(width):
render_pixel(x, y, samples_per_pixel)
progress = (y / height) * 100
print(f'Progress: {progress:.1f}%')